风电场次同步谐振抑制方法及系统与流程
本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种风电场次同步谐振抑制方法及系统。
背景技术：
风电场接入含有固定串联补偿电容的系统时，可能存在诱发次同步谐振(ssr)的风险。近些年，国内外已有多起关于风机次同步振荡的事故发生。2009年，美国德克萨斯州的一处风场，由于输电系统出现故障，切除部分线路，使得串补度从50％提高至75％，导致风电场出现次同步振荡，从而造成大量风机损坏。
相关技术中，抑制风电场次同步谐振的方法主要是改变风机内部控制系统，通过附加阻尼控制，增大风机电磁转矩对次同步振荡的阻尼；或者在系统发生次同步谐振期间退出串补电容，改变系统串补度，达到抑制次同步谐振的目的。但是，这些方法改造复杂，经济性较差。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种风电场次同步谐振抑制方法。该风电场次同步谐振抑制方法可以达到抑制次同步谐振的目的，并提高风电场的稳定性。
本发明的另一个目的在于提出一种风电场次同步谐振抑制系统。
为了实现上述目的，本发明的一方面公开了一种风电场次同步谐振抑制方法，所述风电场至少包括：多台风机，多台变压器和风电场线路，其特征在于，包括：获取风电场线路的电压信号和电流信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感、次同步抑制系统向电网实际输出电流信号；对所述风电场线路的电压信号和风电场线路的电流信号进行滤波处理，获取次同步频率信号，并根据所述次同步频率信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感，得到风电场闭环传递函数，并根据所述次同步抑制系统向电网实际输出电流信号，通过优化参数使得闭环传递函数不同零点下的衰减率最优。
根据本发明的风电场次同步谐振抑制方法，可以达到抑制次同步谐振的目的，并提高风电场的稳定性。
另外，根据本发明上述实施例的风电场次同步谐振抑制方法还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述风电场闭环传递函数的公式为：
其中，s表示复频率，zh为闭环传递函数zeq(s)的g个零点，yq为闭环传递函数zeq(s)的p个极点，hi(s)和hu(s)分别为对风电场线路的电流信号和风电场线路的电压信号处理的传递函数，
进一步地，通过优化参数，使得传递函数不同零点下的衰减率最优具体为：
优化电流信号增益ki，电流信号移相参数tai，电压信号增益ku，电压信号移相参数tau，并当zh＝σh+jωh，σh为零点zh的实部，ωh为零点zh的虚部，模态ωh的衰减率ξh：
衰减率ξh满足：
目标函数：maxf＝min(ξh)
约束条件：
pu：标幺值单位，ntot：风机台数最大值。
本发明的第二方面公开了一种风电场次同步谐振抑制系统，所述风电场至少包括：多台风机，多台变压器和风电场线路，包括：获取模块，用于获取风电场线路的电压信号和电流信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感、次同步抑制系统向电网实际输出电流信号；处理模块，用于对所述风电场线路的电压信号和风电场线路的电流信号进行滤波处理，获取次同步频率信号，并根据所述次同步频率信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感，得到风电场闭环传递函数，并根据所述次同步抑制系统向电网实际输出电流信号，通过优化参数使得闭环传递函数不同零点下的衰减率最优。
根据本发明的风电场次同步谐振抑制系统，可以达到抑制次同步谐振的目的，并提高风电场的稳定性。
另外，根据本发明上述实施例的风电场次同步谐振抑制系统还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述风电场闭环传递函数的公式为：
其中，s表示复频率，zh为闭环传递函数zeq(s)的g个零点，yq为闭环传递函数zeq(s)的p个极点，hi(s)和hu(s)分别为对风电场线路的电流信号和风电场线路的电压信号处理的传递函数，
进一步地，通过优化参数，使得传递函数不同零点下的衰减率最优具体为：优化电流信号增益ki，电流信号移相参数tai，电压信号增益ku，电压信号移相参数tau，并当zh＝σh+jωh，σh为零点zh的实部，ωh为零点zh的虚部，模态ωh的衰减率ξh：
衰减率ξh满足：
目标函数：maxf＝min(ξh)
约束条件：
pu：标幺值单位，ntot：风机台数最大值。
进一步地，还包括：电力电子变流器和变压器。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的风电场次同步谐振抑制方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的风电场接入串补系统的结构图；
图3是根据本发明一个实施例的风电场次同步谐振抑制方法的策略图；
图4是根据本发明一个实施例的风电场次同步谐振抑制系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的风电场次同步谐振抑制方法及次同步谐振抑制系统。
图1是根据本发明一个实施例的风电场次同步谐振抑制方法的流程图。
在说明此方法前，结合图2所示，风电场至少包括：多台风机，多台变压器和风电场线路。风电场次同步谐振抑制方法在风电场系统中执行。
如图1所示，根据本发明一个实施例的风电场次同步谐振抑制方法，包括：
s110：获取风电场线路的电压信号和电流信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感、次同步抑制系统向电网实际输出电流信号。
结合图2所示，获取风电场线路的电压信号uabc和风电场线路的电流信号iabc，次同步抑制系统向电网实际输出电流信号iout。
s120：对风电场线路的电压信号和风电场线路的电流信号进行滤波处理，获取次同步频率信号，并根据次同步频率信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感，得到风电场闭环传递函数，并根据次同步抑制系统向电网实际输出电流信号，通过优化参数使得闭环传递函数不同零点下的衰减率最优。
具体来说，对风电场线路的电压信号uabc和风电场线路的电流信号iabc进行滤波处理，得到次同步频率信号。
根据次同步频率信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感和风电场线路电阻和电感得到风电场闭环传递函数，其中，风电场闭环传递函数的公式为：
其中，s表示复频率，zh为闭环传递函数zeq(s)的g个零点，yq为闭环传递函数zeq(s)的p个极点，hi(s)和hu(s)分别为对风电场线路的电流信号和风电场线路的电压信号处理的传递函数，
hi(s)和hu(s)分别为对风电场线路的电流信号iabc和风电场线路的电压信号uabc处理的传递函数：
iout(s)＝iabc(s)hi(s)+uabc(s)hu(s)
hi(s)＝hf(s)kihcom,i(s)hd(s)
hu(s)＝hf(s)kuhcom,u(s)hd(s)
hf(s)＝hp(s)hs(s)hsh(s)
带通滤波器传递函数hp(s)，使得以ωp为中心角频率的次同步信号通过，其中ζ为阻尼系数：
角频率为ωs的带阻滤波器传递函数hs(s)，过滤掉工频分量：
ωsh＝2ωs-ωp，角频率为ωsh的带阻滤波器传递函数hsh(s)，过滤掉与次同步分量互补的频率信号：
电流信号比例移相传递函数hcom,i(s)，其中，ki表示电流信号增益，tai表示电流信号移相参数：
电压信号比例移相传递函数hcom,u(s)，其中，ku表示电压信号增益，tau表示电压信号移相参数：
延迟信号传递函数hd(s)，其中延迟信号传递函数的增益参数kd和相位偏移参数td可由开环测试获得:
第二步，风电场闭环传递函数参数的选择。首先，闭环传递函数zeq(s)的g个零点为zh。zeq(s)的p个极点为yq。
记：
令zh＝σh+jωh，σh为零点zh的实部，ωh为零点zh的虚部
模态ωh的衰减率ξh：
通过遗传算法或拟退火等优化算法，计算最优电流信号增益ki，电流信号移相参数tai，电压信号增益ku，电压信号移相参数tau，即进行比例移相环节，增益环节，使得衰减率ξh满足：(1)ξh>0；(2)在所有工况中，ωr∈[0.7pu,1.3pu]，n＝1...ntot，最小的衰减率min(ξh)最大化。pu：标幺值单位，ntot：风机台数最大值。
目标函数：maxf＝min(ξh)
约束条件：
也就是说，结合图3所示，本发明通过风电场线路的电压信号和电流信号进行滤波处理，获取次同步频率信号，并根据所述次同步频率信号通过比例移相环节，增益环节后相加得到电流参考信号iref。电力电子变流器根据控制器发出的电流参考信号iref输出电流并通过变压器得到次同步抑制系统向电网实际输出电流信号iout。
图4是根据本发明一个实施例的风电场次同步谐振抑制系统的结构图。
如图4所示，根据本发明一个实施例的风电场次同步谐振抑制系统400，风电场至少包括：多台风机，多台变压器和风电场线路，包括：获取模块410、处理模块420。
其中，获取模块410用于获取风电场线路的电压信号和电流信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感、次同步抑制系统向电网实际输出电流信号。处理模块420用于对风电场线路的电压信号和风电场线路的电流信号进行滤波处理，获取次同步频率信号，并根据次同步频率信号、多台风机电阻和电感、多台变压器电阻和电感、风电场线路电阻和电感，得到风电场闭环传递函数，并根据次同步抑制系统向电网实际输出电流信号，通过优化参数使得闭环传递函数不同零点下的衰减率最优。
根据本发明的风电场次同步谐振抑制系统，可以达到抑制次同步谐振的目的，并提高风电场的稳定性。
进一步地，风电场闭环传递函数的公式为：
其中，s表示复频率，zh为闭环传递函数zeq(s)的g个零点，yq为闭环传递函数zeq(s)的p个极点，hi(s)和hu(s)分别为对风电场线路的电流信号和风电场线路的电压信号处理的传递函数，
进一步地，通过优化参数，使得传递函数不同零点下的衰减率最优具体为：优化电流信号增益ki，电流信号移相参数tai，电压信号增益ku，电压信号移相参数tau，并当zh＝σh+jωh，σh为零点zh的实部，ωh为零点zh的虚部，模态ωh的衰减率ξh：
衰减率ξh满足：
目标函数：maxf＝min(ξh)
约束条件：
pu：标幺值单位，ntot：风机台数最大值。
需要说明的是，上述本发明实施例的风电场次同步谐振抑制系统的具体实现方式与本发明实施例的风电场次同步谐振抑制方法的具体实现方式类似，具体请参见风电场次同步谐振抑制方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
在一些示例中，如图3所示，还包括：电力电子变流器和变压器。
具体来说，结合图3所示，风电场线路的电压信号uabc和电流信号iabc进行信号滤波处理，获取次同步频率信号，并根据所述次同步频率信号通过比例移相环节，增益环节后相加得到电流参考信号iref。电流参考信号iref通过电力电子变流器输出电流并通过变压器得到次同步抑制系统向电网实际输出电流信号iout，流入电网。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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